Viten

Nye overflater med verdensrekord i vannskrekk

Sommerfuglvinger, voksduker og beinene til vannløpere har èn ting til felles: vannskrekk.

Superhydrofobe overflater er noe som har vært tilgjengelig lenge, men nå handler det om å få dråpene til å sprette av raskere. ELISE AMENDOLA / NTB Scanpix

  • Anja Røyne

Underkjølt regn kan dekke bilen din med et panser av is. Du kunne spart deg for mye tid og frustrasjon hvis regndråpene ikke festet seg på bilen din i utgangspunktet, slik at de ikke rakk å fryse til is før de havnet på bakken. I en artikkel publisert i tidsskriftet Nature 21. november viser amerikanske forskere hvordan overflater kan utformes for å få regndråper til å sprette av enda raskere enn det man før trodde var mulig.

Se videoen fra vitenskapsmagasinet Nature:

Preller av

Om du søler vann på en vanlig bomullsduk, vil tøyfibrene trekke til seg vannet og få vannsølet til å bre seg utover. Søler du derimot på en voksduk, vil vannet samle seg til en dråpe eller liten dam. Dette er fordi overflaten til voksduken er hydrofob — vannhatende. Siden vannet misliker sterkt å være ikontakt med voksen i duken, vil det legge seg slik at det dekker en minst mulig overflate.

Desto mer hydrofob overflaten er, desto mindre blir kontaktflaten mellom dråpen og overflaten. De minste kontaktflatene finner man på det som kalles superhydrofobe overflater. Disse består ikke bare av et vannavstøtende stoff, de er i tillegg bygget opp av mange små ujevnheter, så små at man ikke kan se dem med det blotte øye.Ruglene gjør at dråpen blir liggende og balansere oppå toppene, slik at den nærmest ligger på en pute av luft. Det skal bare en liten helning til før dråpen triller av overflaten.

Slike overflater finnes flere steder i naturen.Vannløpere, de små insektene som kan gå på vannoverflaten, har superhydrofobe ben. Vanndråpen i midten av et marikåpeblad har trillet nedover bladets superhydrofobe overflate. Det finnes mange planter med disse egenskapene, som gjør bladene selvrensende, siden trillende vanndråper vil frakte med seg støvpartikler vekk fra overflaten.

Det raskeste sprettet

Anja Røyne Geir Holm, UiO

Når en dråpe faller ned på en superhydrofob overflate, spretter den opp igjen, omtrent som en sprettball. Studier gjort med høyhastighetskamera har vist hva som skjer: Dråpen som treffer overflaten flyter utover som en tykk pannekake.Når den gjør dette, gir overflatespenningen til vannet omtrent samme effekt som en strikk som tøyes. På et tidspunkt har strikken blitt tøyd så mye at dråpen begynner å trekke seg sammen igjen, helt til den spretter opp fra overflaten. Hele prosessen tar omkring ett hundredels sekund.

I 2002 viste gruppe franske forskere, ledet av Richard Quéré, at tiden det tar før dråpen spretter opp igjen kun avhenger av dråpestørrelsen og overflatespenningen, og ikke av dråpens hastighet.

Et smart spørsmål

Professor Kripa K. Varanasi ved Massachusets Institute of Technology leder en gruppe som er kjent for sine innovasjoner. I fjor lanserte de LiquiGlide, overflater som kan få hva som helst til å skli av uten motstand. LiquiGlide ble listet i magasinet Times oversikt over de beste oppfinnelsene i 2012. Nå var det spretteegenskapene og minimumstiden for dråpekontakt som skulle utfordres. Kunne de finne nøkkelen til å få dråpene til å sprette av enda raskere?

Høyhastighetsfilmer av dråpesprett viste at det var hastigheten til kanten av den flattrykte dråpensom avgjorde hvor fort dråpen spratt opp. Midten av dråpen satt stille og ventet på at kantene skulle trekke seg inn. Forskerne begynte derfor å lete etter en metode for å få midten av dråpen til å delta i sprettet.

Siden forskerne visste at en tynnere vannfilm ville bevege seg raskere enn en tykk film, bestemte de seg for å lage en opphøyet rygg på den superhydrofobe overflaten. Ryggen var litt lavere enn den typiske tykkelsen av vannfilmen, og mye smalere enn dråpen.

Når de slapp en dråpe midt oppå ryggen, så de at kantene av dråpen trakk seg tilbake raskere langs opphøyningen — så mye raskere at dråpen etterhvert ble delt i to, og de mindre delene av dråpen spratt opp igjen etter 7.8 tusendels sekund. Uten ryggen brukte dråpen 12.4 tusendels sekund på å sprette. En betraktelig reduksjon, altså. Det viser seg også at både blomkarseblader og enkelte sommerfuglvinger har strukturer som reduserer dråpesprett-tiden på samme måte.

Nysgjerrighetsdrevet forskning

Ising på bilen er mest av alt irriterende. Ising på flyvinger, derimot, medfører både store kostnader og bruk av miljøfiendtlige avisingsmidler. I andre industrielle sammenhenger ønsker man å unngå at vann blir liggende på overflater, fordi det kan føre til korrosjon.

Den genialt enkle oppdagelsen som Varanasis gruppe har presentert har potensial til å gi store besparelser på mange områder, og er et eksempel på at nysgjerrighet, og en uvilje til å godta etablerte sannheter, kan gi store teknologiske gjennombrudd.

  1. Les også

    Frå kjøkkenbenken til laboratoriet

  2. Les også

    Miljøgiftene omgir oss

  3. Les også

    Professoren brukte tre år på å ta dette bildet

Relevante artikler

  1. A-MAGASINET

    De ble angrepet av terrorister. Dette er hva de gjorde for å unngå å bli drept

  2. A-MAGASINET

    Jordmassene tok samboerens liv, og rev bort tryggheten fra en familiefar, fem barn og et helt boligfelt

  3. A-MAGASINET

    Terrorlastebilen i Nice knuste beinet til Greg og sneiet datteren Lola (9). Familien kjemper fortsatt med å finne fotfeste.

  4. A-MAGASINET

    De ble funnet klokken seks om morgenen. Han flytende i sjøkanten. Hun liggende på kaien. To steinharde narkomane som endelig så ut til å ha fått fred.

  5. VITEN

    Simen Gaure i Uviten: Enkel matematikk

  6. VITEN

    Hva med alle dem som ikke har tarmkreft?